JP2015159224A - センサ構造 - Google Patents

Abstract

【課題】リードフレームの微細な引き回しが可能となり、小型化を可能としたセンサ構造を提供する。
【解決手段】センサ構造は、センサ素子からの出力信号を電気的に処理する回路を有するＩＣチップ５に接続された引き回しリード部２ａ〜４ａが、電気コネクタに接続されるコネクタリード部２ｂ〜４ｂに前記コネクタリード部２ｂ〜４ｂよりも薄肉に一体形成された複数のリードフレーム２〜４と、引き回しリード部２ａ〜４ａを封止した第１の樹脂部材からコネクタリード部２ｂ〜４ｂを露出させたパッケージ６と、パッケージ６を覆う第２の樹脂部材からコネクタリード部２ｂ〜４ｂの先端部を露出させたパッケージ収容体７とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えばセンサ素子の物理的な変化を検出するセンサ装置に適用されるセンサ構造に関する。

センサ素子の物理的な変化を検出するセンサ装置の一例としては、バスバーに流れる電流を磁気的に検出する磁気検出素子を備えた電流センサが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

上記特許文献１に記載された従来の電流センサは、複数のリードフレームの基端部上に実装された磁気検出素子を覆う半導体パッケージを有している。複数のリードフレームの先端部は、半導体パッケージの外面から突出したコネクタ端子として形成されている。半導体パッケージは、ハウジングによりコネクタ端子を囲繞した状態で覆われている。

特開２００９−１５６８０３号公報

上記特許文献１記載の従来の電流センサは磁気検出素子の複数のリードフレームをコネクタ端子として用いていることから、リードフレームの厚さを外部コネクタのコネクタ端子の厚みに合わせた寸法に設定する必要がある。

しかしながら、コネクタ端子に合わせた厚さ寸法では、リードフレームの厚さが大きくなり、磁気検出素子の周辺部分におけるリードフレームの微細な引き回しが制限される。一方、リードフレームの厚さが大きくなることに伴い半導体パッケージの厚さも大きくなり、半導体パッケージを覆うハウジングの体格が増大することとなる。その結果、電流センサの小型化には限界がある。

従って、本発明の目的は、リードフレームの微細な引き回しが可能となり、小型化を可能としたセンサ構造を提供することにある。

［１］本発明は、センサ素子からの出力信号を電気的に処理する回路を有するＩＣチップに接続された引き回しリード部が、電気コネクタに接続されるコネクタリード部に前記コネクタリード部よりも薄肉に一体形成された複数のリードフレームと、前記引き回しリード部を封止した第１の樹脂部材から前記コネクタリード部を露出させたパッケージと、前記パッケージを覆う第２の樹脂部材から前記コネクタリード部の先端部を露出させたパッケージ収容体と、を備えたことを特徴とするセンサ構造にある。

［２］上記［１］記載の前記パッケージ収容体は、前記パッケージを前記第２の樹脂部材によるモールド成形により封止したコネクタハウジングを構成してなることを特徴とする。

［３］上記［１］記載の前記パッケージ収容体は、前記第２の樹脂部材の内部に前記パッケージを挿入固定する収容空間を有するコネクタハウジングを構成してなることを特徴とする。

本発明によると、リードフレームの微細な引き回しが可能となり、小型化を可能としたセンサ構造が効果的に得られる。

本発明に好適な第１の実施の形態に係るセンサ構造を備えたセンサ装置を模式的に示す斜視図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線矢視の要部断面図である。 第２の実施の形態におけるセンサ構造を備えたセンサ装置を模式的に示す斜視図である。 図３のＩＶ−ＩＶ線矢視の要部断面図である。 第３の実施の形態におけるセンサ構造を備えたセンサ装置を模式的に示す斜視図である。

以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて具体的に説明する。

［第１の実施の形態］
（センサ装置の全体構成）
図１において、全体を示す符号１は、この第１の実施の形態に係る典型的なセンサ構造を備えたセンサ装置を例示している。このセンサ装置１は、３本のリードフレーム２〜４を有している。これらのリードフレーム２〜４が集束した一端部の中心部には、矩形のＩＣチップ５が配置されている。

このＩＣチップ５は、特に限定するものではないが、例えばセンサ素子から出力された検出信号に増幅等の処理を行う周辺回路部を一体的に集積化した半導体素子からなる。このセンサ素子は、例えば加速度を検出する加速度センサ、磁場の変化を検出する磁気センサ、電流を検出する電流センサあるいは光を検出する光センサ等のセンサ素子である。

この３本のリードフレーム２〜４の搭載面に塗布した接着剤上にＩＣチップ５を搭載することで、３本のリードフレーム２〜４とＩＣチップ５とは、フリップチップ接続により電気接続されている。この接着剤としては、例えばシリコン系ペースト等の絶縁性接着剤あるいは銀系ペースト等の導電性接着剤などが用いられる。

このＩＣチップ５は、図１及び図２に示すように、第１の樹脂部材であるモールド樹脂によりモールド成形した一次成形体である直方体形状のパッケージ６により封止されている。このパッケージ６の一側壁部には、３本のリードフレーム２〜４の長手方向一端部が同一面上に並列に延出されている。モールド樹脂の材質としては、例えば絶縁性、耐食性や耐熱性等に優れるエポキシ系樹脂等の熱硬化性樹脂などが用いられる。

この３本のリードフレーム２〜４の長手方向一端部を除くパッケージ６の全面は、図１及び図２に示すように、第２の樹脂部材であるモールド樹脂によりモールド成形した二次成形体である直方体形状のパッケージ収容体７により封止されている。パッケージ６がパッケージ収容体７により覆われることで防水性及び防塵性が確保されている。パッケージ収容体７の材質としては、例えばエポキシ系樹脂等の熱硬化性樹脂が用いられる。

このパッケージ収容体７は、図１及び図２に示すように、コネクタハウジングとして形成されている。パッケージ収容体７の長手方向一側壁部は、図示しない相手方の電気コネクタに接続される接続口７ａを開口している。この接続口７ａ内に露出しているリードフレーム２〜４は、ＩＣチップ５の検出結果を外部へ出力するコネクタ端子とされている。このコネクタ端子は、外部の電気コネクタに接続されることで、ＩＣチップ５の検出結果を外部装置の制御装置などに伝達する。

（リードフレームの構造）
この第１の実施の形態に係るセンサ構造の主要な基本構成は、図１及び図２に示すように、所定の規格に合致するコネクタリード部２ｂ〜４ｂと、コネクタリード部２ｂ〜４ｂよりも薄肉の引き回しリード部２ａ〜４ａとが一体形成されたリードフレーム２〜４にある。従って、上記のように構成されたセンサ装置１は、この第１の実施の形態に係る一構成例を示しており、その構成部品の形状や構造などは、図示例に限定されるものではない。

このリードフレーム２〜４は、多数個取り可能な導電性基板素材を細長い板状に打ち抜くことで一括して形成された細長い板材からなる。リードフレーム２〜４の材質としては、例えばアルミニウム、銅や銅合金等の導電性を有する金属材料などが用いられる。リードフレーム２〜４の表面には、例えば錫、ニッケル、金や銀等の金属材料によりメッキ処理が施されてもよい。リードフレーム２〜４の形状は、例えば板形状や円柱形状等であっても構わない。

このリードフレーム２〜４は、図１及び図２に示すように、コネクタリード部２ｂ〜４ｂと、このコネクタリード部２ｂ〜４ｂよりも薄肉化された引き回しリード部２ａ〜４ａとを有する差厚形状に一体に形成されている。引き回しリード部２ａ〜４ａの板厚は、例えば０．２５ｍｍ程度であり、コネクタリード部２ｂ〜４ｂの板厚は、例えば０．６４ｍｍ程度であり、コネクタ端子の所定の規格に合致するように形成されている。

この引き回しリード部２ａ〜４ａは、図１及び図２に示すように、センサ素子からの検出信号を電気的に処理する回路を有するＩＣチップ５に接続される導電パターン部として構成されている。一方のコネクタリード部２ｂ〜４ｂは、電気コネクタに接続されるコネクタ端子として構成されている。

この引き回しリード部２ａ〜４ａとコネクタリード部２ｂ〜４ｂとの間に形成された段差２ｃ〜４ｃは、図１及び図２に示すように、パッケージ収容体７の内部に配置されており、パッケージ収容体７の外部にコネクタリード部２ｂ〜４ｂの先端部だけが突出した構成となっている。かかる構成により、リードフレーム２〜４の機械的強度が高められている。

このリードフレーム２〜４は、矩形平板状の外枠に３本一組のリードフレームを多数個配列した多数個取り可能な多数個取りのフレームである。定法に従い、リードフレーム２〜４となる導電性の金属板をプレスによって所要の外形に打ち抜くとともに、プレス加工又はエッチング加工により薄肉化された引き回しリード部２ａ〜４ａが製作される。従って、多数個配列した３本一組のリードフレーム２〜４は、一回の製造プロセスで多数個取りされる。

（第１の実施の形態の効果）
以上のように構成されたセンサ構造は、上記効果に加えて、以下の効果が得られる。

（１）パッケージ６の内部に薄肉の引き回しリード部２ａ〜４ａを用いたことで微細な引き回しが可能となり、引き回しの自由度を高めることができる。
（２）引き回しリード部２ａ〜４ａを薄く形成することで、パッケージ６の厚み寸法を小さくすることができることと相まって、パッケージ６を覆うパッケージ収容体７の体格も小さくすることができるので、センサ装置１全体の体格を小型化することが可能となる。
（３）ＩＣチップ５に接続されるリードフレーム２〜４をコネクタ端子として用いることができるため、引き回しリード部２ａ〜４ａとコネクタリード部２ｂ〜４ｂとの接合工程を廃止することができるようになり、接続の信頼性を図ることができるとともに、コストダウンをも図ることができる。
（４）パッケージ６の内部のリードフレーム２〜４を薄肉化することで、リードフレーム２〜４の熱抵抗を低減することができるようになり、リードフレーム２〜４の放熱性を向上させることができる。
（５）リードフレーム２〜４をコネクタ用又は基板用の端子構造として構成することが可能であるため、構成部品点数の削減を図ることができる。

［第２の実施の形態］
図３及び図４を参照すると、これらの図には、第２の実施の形態に係るセンサ構造を備えたセンサ装置１が例示されている。なお、図３及び図４において、上記第１の実施の形態と実質的に同じ部材には同一の部材名と符号を付している。従って、各部材に関する詳細な説明は省略する。

上記第１の実施の形態では、リードフレーム２〜４とＩＣチップ５とを封止したパッケージ６をインサートとして、モールド樹脂を射出成形するインサート成形により一体化したパッケージ収容体７を例示したが、この第２の実施の形態にあっては、パッケージ６とパッケージ収容体７とを別体に形成した構成が例示されている。

このパッケージ収容体７には、図３及び図４に示すように、パッケージ６を収容する収容空間８が形成されている。その収容空間８には、パッケージ６を挿入するための挿入開口７ｂと、リードフレーム２〜４のコネクタリード部２ｂ〜４ｂを挿通固定する固定孔７ｃとが連通して形成されており、パッケージ６が収容されることでセンサ構造が構成されている。

一方、パッケージ６には、図３及び図４に示すように、パッケージ収容体７の挿入開口７ｂを閉鎖するキャップ９が形成されている。パッケージ６がパッケージ収容体７の収容空間８に収容された状態で、パッケージ収容体７の挿入開口７ｂがキャップ９に閉鎖される構成となっている。パッケージ収容体７の収容空間８は、リードフレーム２〜４の引き回しリード部２ａ〜４ａを覆うコネクタハウジングとなっており、リードフレーム２〜４のコネクタリード部２ｂ〜４ｂがコネクタ端子となっている。

このパッケージ６のキャップ９の固定方法としては、例えばパッケージ収容体７に固定するスナップフィット結合する構造、パッケージ収容体７に圧入固定する構造あるいは熱硬化性の接着剤によりパッケージ収容体７に固定する構造などの各種の固定方法を採用することができる。

（第２の実施の形態の効果）
この第２の実施の形態におけるセンサ構造にあっては、上記第１の実施の形態と同様の効果が得られることに加えて、パッケージ収容体７が収容空間８の分だけ軽量となり、センサ装置１全体の軽量化を達成することが可能となる。

［第３の実施の形態］
図５を参照すると、同図には、第３の実施の形態に係るセンサ構造を備えたセンサ装置１が例示されている。なお、図５において、上記第１の実施の形態と実質的に同じ部材には同一の部材名と符号を付すことで、各部材に関する詳細な説明は省略する。

図５において、３本のリードフレーム２〜４の搭載面に塗布された接着剤上にＩＣチップ５を搭載している。このＩＣチップ５とリードフレーム２〜４とは、ボンディングワイヤにより電気接続されている。この第３の実施の形態では、ＩＣチップ５の実装方法を除く他の構成は、上記第１の実施の形態と実質的に同様の構成を備えている。

（第３の実施の形態の効果）
この第３の実施の形態にあっても、上記第１の実施の形態と同様の効果が得られる。

［変形例］
なお、上記各実施の形態に係るセンサ構造を構成するリードフレーム２〜４は、ＩＣチップ５の構成や使用目的などに応じて配置個数、配置位置や配置形態などを適宜に選択すればよく、本発明の初期の目的を達成することができることは勿論である。

また、上記各実施の形態に係るセンサ構造を備えたセンサ装置１としては、例えば磁気、静電容量、電流、電圧等の物理的な変化を検出する各種のセンサ装置に適用することができることは勿論である。

以上の説明からも明らかなように、本発明に係る代表的な実施の形態、変形例及び図示例を例示したが、上記実施の形態、変形例及び図示例は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。従って、上記実施の形態、変形例及び図示例の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。

１…センサ装置、２〜４…リードフレーム、２ａ〜４ａ…引き回しリード部、２ｂ〜４ｂ…コネクタリード部、２ｃ〜４ｃ…段差、５…ＩＣチップ、６…パッケージ、７…パッケージ収容体、７ａ…接続口、７ｂ…挿入開口、７ｃ…固定孔、８…収容空間、９…キャップ

Claims (3)

1. センサ素子からの出力信号を電気的に処理する回路を有するＩＣチップに接続された引き回しリード部が、電気コネクタに接続されるコネクタリード部に前記コネクタリード部よりも薄肉に一体形成された複数のリードフレームと、
   前記引き回しリード部を封止した第１の樹脂部材から前記コネクタリード部を露出させたパッケージと、
   前記パッケージを覆う第２の樹脂部材から前記コネクタリード部の先端部を露出させたパッケージ収容体と、
   を備えたことを特徴とするセンサ構造。
2. 前記パッケージ収容体は、前記パッケージを前記第２の樹脂部材によるモールド成形により封止したコネクタハウジングを構成してなることを特徴とする請求項１記載のセンサ構造。
3. 前記パッケージ収容体は、前記第２の樹脂部材の内部に前記パッケージを挿入固定する収容空間を有するコネクタハウジングを構成してなることを特徴とする請求項１記載のセンサ構造。

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